一种基于静滴法的集料表面能测试方法技术

本发明专利技术公开了一种基于静滴法的集料表面能测试方法，其步骤包括：(1)集料打磨及预处理：原始集料分为打磨集料和原始集料；(2)获取表面纹理指数：获取原始集料和打磨集料的表面纹理指数；(3)基于静滴法实验计算表面能：静滴法测试打磨集料的接触角并计算表面能；(4)拟合获得关于表面纹理指数与表面能的函数关系式：由打磨集料的表面纹理指数和打磨集料的表面能拟合获得函数关系式；(5)计算原始集料的表面能：将原始集料的表面纹理指数带入函数关系式，得到原始集料的表面能。本发明专利技术方法测量集料表面能时考虑了集料表面纹理影响因素，使静滴法测试准确度显著提高，使静滴法能代替蒸汽吸附法进行集料表面能测试，大大降低试验成本。本。本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于静滴法的集料表面能测试方法


[0001]本专利技术涉及道路工程领域，特别是一种基于静滴法的集料表面能测试方法。

技术介绍

[0002]工程实践中发现，沥青路面服役过程中易出现松散、剥落、开裂等病害。相关研究表明，这些病害与沥青、集料之间黏附性不足有关。国际上常用表面能理论从分子间作用的微观角度精确定量评估沥青与集料的黏附能力，则该理论方法可用于评价沥青混合料材料性能；在运用表面能理论计算沥青
‑
集料黏附性指标以及评价沥青混合料性能之前，需要先进行试验，获取集料的表面能。
[0003]现有技术常采用蒸汽吸附法或者静滴法对集料的表面能进行测试试验，其中蒸气吸附法试验结果准确且自动化程度高，但是其仪器十分昂贵使得该试验的条件高，试验资源稀缺，并且对集料的粒径有严格的要求。相比之下，采用静滴法进行集料的表面能参数测试，试验原理简单，对集料的粒径要求低，最重要的是该试验仪器更加常规，试验更易进行。但在实践中有大量的试验数据表明，同一种集料分别采用蒸气吸附法和静滴法进行测试，所得到的试验结果与准确性、稳定性存在较大差异，其原因在于，集料在静滴法试验之前需要进行磨平处理，这个操作会直接破坏集料的表面纹理，而蒸气吸附法测试集料表面能时不需要进行磨平处理，从而蒸气吸附法的测试结果包含了集料的表面纹理这一影响因素。故需要基于测试成本、实验可行性以及测试准确性等多个方面的实际测试需求进行综合考量，以提出一种更有效的低成本集料表面能测试手段。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，提供一种基于静滴法的集料表面能测试方法，用于解决传统静滴法测试集料表面能时未考虑集料表面纹理因素，而导致其测试结果与蒸汽吸附法测试结果之间存在较大差异的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于静滴法的集料表面能测试方法，其步骤包括：
[0006](1)集料打磨及预处理：将原始集料分两组，其中一组进行表面打磨及预处理并记为打磨集料，另一组不进行处理并记为原始集料；
[0007](2)获取表面纹理指数：采用AIMS系统测试原始集料和打磨集料的表面纹理，分别得到原始集料的表面纹理指数和打磨集料的表面纹理指数；
[0008](3)基于静滴法实验计算表面能：采用静滴法测试打磨集料的接触角，并计算得到打磨集料的表面能；
[0009](4)拟合获得关于表面纹理指数与表面能的函数关系式：基于打磨集料的表面纹理指数和打磨集料的表面能进行拟合，获得关于表面纹理指数与表面能的函数关系式；
[0010](5)计算原始集料的表面能：将原始集料的表面纹理指数带入表面纹理指数与表面能的函数关系式，得到原始集料考虑表面纹理影响因素的表面能。
[0011]其中，原始集料和打磨集料中均包含若干颗初始粒径大小相同的集料样品；打磨集料的表面打磨方式为切割锯打磨、砂轮打磨、砂纸打磨中任意一种、两种或三种，每种表面打磨方式的打磨时间均大于30s，且打磨集料中每一颗集料样品的打磨程度相同。
[0012]其中，预处理的具体步骤为：打磨集料完成表面打磨后，用蒸馏水冲洗至表面无泥沙附着，在110～120℃下将洗净的集料样品烘干。
[0013]其中，获取表面纹理指数的具体步骤为：将原始集料的集料样品固定在AIMS系统的集料盘上，采用AIMS系统对原始集料的集料样品进行表面纹理测试，将测试结果取平均值后计算得到原始集料的表面纹理指数；将打磨集料的集料样品固定在集料盘上，分别对每一种表面打磨方式的集料样品的打磨面进行拍摄，将拍摄结果取平均值后分别计算得到每一种表面打磨方式的打磨集料的表面纹理指数。
[0014]其中，采用静滴法测试打磨集料的接触角的具体步骤为：启动光学接触角仪并预热，将打磨集料均匀固定在试验腔中，且打磨集料中每一集料样品的打磨面正对光学接触角仪的摄像头设置；调整试剂针头至预设位置，并释放不同测试试剂的液滴；移动试验腔，使每一集料样品对应承接一个所释放的液滴；在预设测试时间内测试每一集料样品与所承接液滴之间的接触角。
[0015]其中，调整试剂针头至预设位置的具体步骤为：将测试试剂抽至针管中，移动试剂针头位置，直至针头与集料样品之间保持一个液滴的距离，且使针头与集料样品均出现在摄像画面中；释放不同测试试剂的液滴的具体步骤为：控制针管的压力，使不同测试试剂释放出相同体积的液滴，且所释放的液滴附着于针头尖端处；不同测试试剂包括蒸馏水、甲酰胺和乙二醇，且每一针头对应释放一种测试试剂的液滴。
[0016]其中，在预设测试时间内测试每一集料样品与所承接液滴之间的接触角的具体步骤为：在集料样品表面上，所承接液滴与其投影的相交处定为基线，采用光学接触角仪测量液滴轮廓交点处切线与基线之间的夹角，记为接触角，分别获得打磨集料与不同测试试剂之间的接触角。
[0017]其中，三种测试试剂的剂量优选为1微升，采用蒸馏水作为测试试剂时，接触角的预设测试时间为10～30s；采用甲酰胺或乙二醇作为测试试剂时，接触角的预设测试时间大于20s。
[0018]其中，基于静滴法实验计算表面能的步骤中，计算得到打磨集料的表面能的具体步骤为：将打磨集料与三种不同测试试剂之间的接触角带入Young
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Dupre方程中，利用规划求解得到表面能参数，根据表面能参数计算得到采用不同表面打磨方式处理后打磨集料的表面能，打磨集料的表面能计算式为：
[0019][0020]该式中，表面能参数包括以及γ
L
，为固体材料表面能的非极性分量，为液体材料表面能的非极性分量，为固体材料表面能的极性酸分量，为固体材料表面能的极性碱分量，为液体材料表面能的极性酸分量，为液体材料表面能的极性碱分量，γ
L
为液体的表面张力，单位均为erg/cm2，θ为固
‑
液
‑
气三相之间的接触角。
[0021]其中，拟合获得关于表面纹理指数与表面能的函数关系式具体步骤为：将打磨集料的表面能与打磨集料的表面纹理进行指数拟合，获得关于表面纹理指数与表面能的函数关系式，具体函数关系式为：
[0022]γ＝Ae
Kx
；
[0023]该式中，γ为考虑表面纹理影响因素的集料表面能，单位为erg/cm2；x为集料的表面纹理指数；A为x＝0状态下集料表面纹理指数所对应的表面能，单位为erg/cm2；K是决定表面纹理对表面能影响程度的常数；指数拟合过程中得到参数A与K，并确定关于表面纹理指数与表面能的函数关系式，将原始集料的表面纹理指数带入表面纹理指数与表面能的函数关系式中，得到原始集料考虑表面纹理影响因素的表面能。
[0024]本专利技术的有益效果是：区别于现有技术的情况，本专利技术提供了一种基于静滴法的集料表面能测试方法，该方法测量集料表面能时考虑了磨平处理对集料表面纹理的影响，显著提高了静滴法测试的准确度，可采用静滴法代替蒸汽吸附法进行集料表面能测试，以价格较低的光学接触角仪代替昂贵的磁悬浮重量平衡系统来进行集料的表面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于静滴法的集料表面能测试方法，其特征在于，其步骤包括：(1)集料打磨及预处理：将原始集料分两组，其中一组进行表面打磨及预处理并记为打磨集料，另一组不进行处理并记为原始集料；(2)获取表面纹理指数：测试所述原始集料和打磨集料的表面纹理，分别得到所述原始集料的表面纹理指数和所述打磨集料的表面纹理指数；(3)基于静滴法实验计算表面能：采用静滴法测试所述打磨集料的接触角，并计算得到所述打磨集料的表面能；(4)拟合获得关于表面纹理指数与表面能的函数关系式：基于所述打磨集料的表面纹理指数和所述打磨集料的表面能进行拟合，获得关于表面纹理指数与表面能的函数关系式；(5)计算原始集料的表面能：将所述原始集料的表面纹理指数带入所述表面纹理指数与表面能的函数关系式，得到原始集料考虑表面纹理影响因素的表面能。2.根据权利要求1中所述基于静滴法的集料表面能测试方法，其特征在于，所述原始集料和打磨集料中均包含若干颗初始粒径大小相同的集料样品；所述打磨集料的表面打磨方式为切割锯打磨、砂轮打磨、砂纸打磨中任意一种、两种或三种，每种表面打磨方式的打磨时间均大于30s，且所述打磨集料中每一颗集料样品的打磨程度相同。3.根据权利要求2中所述基于静滴法的集料表面能测试方法，其特征在于，所述预处理的具体步骤为：所述打磨集料完成表面打磨后，用蒸馏水冲洗至表面无泥沙附着，在110～120℃下将洗净的集料样品烘干。4.根据权利要求2中所述基于静滴法的集料表面能测试方法，其特征在于，所述获取表面纹理指数的具体步骤为：将所述原始集料的集料样品固定在AIMS系统的集料盘上，采用AIMS系统对所述原始集料的集料样品进行表面纹理测试，将测试结果取平均值后计算得到原始集料的表面纹理指数；将所述打磨集料的集料样品固定在集料盘上，分别对每一种表面打磨方式的集料样品的打磨面进行拍摄，将拍摄结果取平均值后分别计算得到每一种表面打磨方式的打磨集料的表面纹理指数。5.根据权利要求4中所述基于静滴法的集料表面能测试方法，其特征在于，所述采用静滴法测试所述打磨集料的接触角的具体步骤为：启动光学接触角仪并预热，将所述打磨集料均匀固定在试验腔中，且所述打磨集料中每一集料样品的打磨面正对光学接触角仪的摄像头设置；调整试剂针头至预设位置，并释放不同测试试剂的液滴；移动所述试验腔，使每一集料样品对应承接一个所释放的液滴；在预设测试时间内测试每一集料样品与所承接液滴之间的接触角。6.根据权利要求5中所述基于静滴法的集料表面能测试方法，其特征在于，所述调整试剂针头至预设位置的具体步骤为：将测试试剂抽至针管中，移动试剂针头位置，直至所述针头与集料样品之间保持一个液滴的距离，...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗蓉，罗晶，涂崇志，黄婷婷，汪翔，牛茏昌，苗强，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：